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AbstractAbstract
[en] In this thesis, we study theoretically different aspects of topological systems. These models present resilient properties due to a non-trivial topology of their band structures, and in particular exotic edge excitations such as Majorana fermions. Entanglement markers have been fundamental to the study of these systems and of gapless systems in general, but are challenging to measure. Bipartite charge fluctuations were proposed as a weak measurement of entanglement entropy. We extend results on standard Luttinger Liquids to generic families of one- and two-dimensional non-interacting topological systems. A volume law arises, and is linked to the Quantum Fisher information, with non-analyticities at the phase transitions. Critical points are characterized by universal coefficients that reveal the topological aspect of the transitions. In a second time, we include interactions and show that some of these signatures are preserved in interacting topological superconductors. Through analytical and numerical methods, we study two Coulomb-coupled topological superconducting wires. The interplay between unconventional superconductivity and strong interactions leads to exotic phases. We show the appearance of orbital currents spontaneously breaking the time-reversal symmetry, and of an unusual gapless phase that is the extension of two critical Majorana modes. Finally, we focus on electronic transport mediated by Majorana fermions. We study a floating superconducting island carrying several such impurities, a potential building block for a quantum computer. The Majorana fermions affect the statistics of the charge carriers, which leads to very resilient fractionalized transport. We extend previous studies to the charge degenerate case and map it to the Multi-Channel Kondo model at large interaction, reinterpreted in terms of a particle moving in a high-dimensional, dissipative lattice. (author)
[fr]
Dans cette these, nous etudions d'un point de vue theorique differents aspects de la matiere topologique. Ces systemes presentent des proprietes resistantes aux eventuelles perturbations grace a une topologie non-triviale de leur structure de bandes. Des excitations exotiques, par exemple des fermions de Majorana, peuvent apparaitre a leurs bords. L'etude des marqueurs d'intrication a ete fondamentale dans la comprehension de ces systemes, et des phases libres en general. 1 est cependant difficile de les mesurer. Les fluctuations de charge bipartites, permettant une mesure faible de l'intrication, ont ete proposees comme alternative. Nous generalisons les precedents travaux sur les Liquides de Luttinger a des familles generiques de supraconducteurs et isolants topologiques en une et deux dimensions. Les fluctuations suivent une loi de volume, liee a l'Information Quantique de Fisher et non-analytique aux transition de phase. Leurs points critiques sont caracterises par des coefficients universels, qui revelent leur topologie. Dans un second temps, nous considerons des systemes en interactions. Certaines des signatures des transitions topologiques survivent dans les supraconducteurs topologiques. Nous etudions ensuite le diagramme de phase de deux fils supraconducteurs couples par une interaction Coulombienne, presentant des phases exotiques grace a la competition avec la supraconductivite non-conventionnelle. Des courants orbitaux brisant spontanement la symetrie de renversement du temps peuvent apparaitre, ainsi qu'une phase de fermions libres, extension de deux chaines de Majorana critiques. Enfin, nous nous interessons aux effets des fermions de Majorana sur le transport electronique. Nous etudions un ilot supraconducteur ou plusieurs de ces fermions existent, pouvant etre l'un des composants elementaires d'un eventuel ordinateur quantique. Ces impuretes changent les statistiques des porteurs de charges, menant a une fractionalisation robuste de la conductance. Nous etendons les etudes precedentes au cas ou le nombre d'electrons dans la boite peut fluctuer, et montrons l'equivalence de ce probleme avec le modele Kondo a plusieurs canaux. Nous reinterpretons alors ce modele en terme du deplacement d'une particule dans un reseau fictif dissipatif. (auteur)Original Title
Phases topologiques et Fermions de Majorana
Primary Subject
Source
8 Sep 2017; 253 p; 299 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses; These de doctorat de l'Universite Paris-Saclay
Record Type
Miscellaneous
Literature Type
Thesis/Dissertation
Report Number
Country of publication
Reference NumberReference Number
INIS VolumeINIS Volume
INIS IssueINIS Issue